Разновидности сталей и чугунов

Обновлено: 01.05.2024

Расшифровка марок сталей и чугунов? Иногда этот вопрос кажется просто неразрешимым. Еще с университетской скамьи, когда преподают материаловедение, этот вопрос рассматривается как-то скомкано и не всегда понятно, хотя если разобраться все довольно просто.

Сегодня начал искать наиболее полный и в тоже время наиболее сжатый материал по расшифровке марок сталей и чугунов, интернет полнится из сайта в сайт повторяющейся информацией. Наиболее полно на приведенный выше вопрос ответил этот ресурс, а наиболее сжато и доступно, приведенная ниже методическая работа (автора, к сожалению, не нашел):

СОДЕРЖАНИЕ

Расшифровка обозначений марок сталей и чугунов

Изучение принципов обозначения марок сталей и чугунов

Задание:

Ознакомиться с методикой маркировки различных марок сталей и чугунов по методическим указаниям

Дать расшифровку марок сталей и чугунов по карточке индивидуального задания

Сведения из теории

Чугуны. Что такое чугун?

Чугун - сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, постоянные примеси. Они мало пластичны, не прокатываются и не куются. Чугуны обладают пониженной температурой плавления и хорошими литейными свойствами. За счет этого из чугунов можно делать отливки значительно более сложной формы, чем из сталей

Разновидности чугунов:

В зависимости от того, какой формы присутствует углерод в сплавах, различают:

белые;
серые;
ковкие;
высокопрочные чугуны.

Белый чугун

Такое название он получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет. Весь углерод в этом чугуне находится в связанном состоянии в виде цементит.Белые чугуны имеют большую твердость (НВ 450-550) и , как следствие этого, они очень хрупкие и для изготовления деталей машин не используются.

Высокая твердость белого чугуна обеспечивает его износостойкость, в том числе и при воздействии агрессивных сред. Это свойство учитывают при изготовлении из него поршневых колец. Однако белый чугун применяют главным образом для отливки деталей на ковкий чугун, поэтому его называют передельным.

Серый чугун

В сером чугуне углерод находится в виде графита пластинчатой формы..

Серые чугуны маркируются сочетанием букв «С» - серый, «Ч»- чугун и цифрами, которые обозначают временное сопротивление разрыву при растяжении в МПа.

Высокопрочный чугун

Отличительной особенностью высокопрочного чугуна являются его высокие механические свойства, так как структурв углерода в нем -шаровидный графит. Это повышает прочность чугуна и позволяет получить сплавы с достаточно высокой пластичностью и вязкостью.

Обозначение марки включает буквы «В» - высокопрочный, «Ч» - чугун и цифры, обозначающие временное сопротивление разрыву при растяжении в МПа.

Ковкий чугун

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Несмотря на свое название, они никогда не подвергаются ковке.

Конфигурация детали из ковкого чугуна определяется формой отливки. Ковкие чугуны маркируют «К» - ковкий, «Ч» - чугун и цифрами.

Первая группа цифр показывает предел прочности чугуна при растяжении, МПа: вторые - относительное удлинение при разрыве в %.

Чугуны со специальными свойствами

В зависимости от назначения различают износостойкие, антифрикционные, жаростойкие и коррозионностойкие чугуны.

Износостойкие (антифрикционные ) чугуны

Обозначают сочетанием букв АЧС, АЧК, АЧВ. Буквы С, К, В обозначают вид чугуна: серый, ковкий, высокопрочный. Цифра обозначает номер чугуна. Для легирования антифрикционных чугунов применяют хром, никель, медь, титан.

Жаростойкие и жаропрочные чугуны

Обозначают набором заглавных букв русского алфавита и следующими за ними букв. Буква «Ч» - чугун.

Буква «Ш», стоящая в конце марки означает шаровидную форму графита. Остальные буквы означают легирующие элементы, а числа, слежующие за ними, соответствуют их процентному содержанию в чугуне.

Жаростойкие чугуны применяют для изготовления деталей контактных аппаратов химического оборудования, работающих в газовых средах при температуре 900-11000 0 С.

Коррозионностойкие чугуны

Короозионностойкие чугуны обладают высокой стойкостью в газовой, воздушной и щелочных средах.Их применяют для изготовления деталей узлов трения, работающих при повышенных температурах.

Примеры обозначения и расшифровки чугунов:

СЧ15 - серый чугун, временное сопротивление при растяжении 150Мпа.

КЧ45-7 - ковкий чугун, временное сопротивление при растяжении 450Мпа, относительное удлинение 7%.

ВЧ70 - высокопрочный чугун, временное сопротивление при растяжении 700 МПА

АЧВ - 2 - антифрикционный высокопрочный чугун, номер 2.

ЧН20Д2ХШ - жаропрочный высоколегированный чугун, содержащий никеля 20%, 2% меди, 1% хрома, остальное - железо, углерод, форма графита - шаровидная

ЧС17 - коррозионностойкий кремниевый чугун, содержащий 17% кремния, остальное -железо, углерод.

Стали. Что такое сталь?

Сталь - сплав железа с углеродом, содержащий углерода не более 2,14 %, а также ряд других элементов

Классификация сталей

Для правильного прочтения марки необходимо учитывать ее место в классификации стали по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления

По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.
Стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали специального назначения с особыми свойствами.
Стали по качеству классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.
Классификация по степени раскисления. Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Таблица 1. - Классификация сталей

Конструкционные стали - стали, предназначенные для изготовления различных деталей, узлов механизмов и конструкций.

Инструментальные стали - стали, применяемые для обработки материалов резанием или давлением, а также для изготовления измерительного инструмента

Специальные стали — это высоколегированные (свыше 10%) стали, обладающие особыми свойствами - коррозионной стойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др.

Углеродистые стали

К углеродистым сталям относят стали, не содержащие специально введенные легирующие элементы.

Конструкционные углеродистые стали

Стали углеродистые обыкновенного качества (сталь с достаточно высоким содержанием вредных примесей S и P) обозначают согласно ГОСТ 380-94.

Эти наиболее широко распространенные стали поставляют в виде проката в нормализованном состоянии и применяют в машиностроении, строительстве и в других отраслях.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрами от 0 до 6. Цифры—это условный номер марки. Чем больше число, тем больше содержание углерода, выше прочность и ниже пластичность.

Перед символом Ст указывают группу гарантированных свойст: А, Б, В. Если указание о группе отсутствует, значит предполагается группа А. Например, СТ3; БСт4; ВСт2.

После номера марки стали указывают степень раскисления: кп -кипящая, пс - полуспокойная, сп - спокойная сталь. Например, ВСтЗпс.

Таблица 2. - Структура обозначения углеродистых сталей

Группа стали

Обозначение

Номер стали

Степень
раскисления

Таблица 3. Значение букв и цифр, употребляющихся при маркировке сталей обыкновенного качества

Расшифровка обозначения

Группа сталей, поставляемая с гарантированными механическими свойствами. Обычно при обозначении сталей букву А опускают

Группа сталей, поставляемая с гарантированным химическим составом

Группа сталей, поставляемая с гарантированными химическим составом и механическими свойствами

Сокращенное обозначение термина «сталь»

Условные марки стали

Наличие буквы Г после номера стали означает повышенное содержание марганца

Сталь «кипящая», раскисленная только ферромарганцем

Сталь «полуспокойная», раскисленная ферромарганцем и алюминием

Сталь «спокойная», то есть полностью раскисленная.

Примеры обозначения и расшифровки конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества:

БСТ2кп - сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы Б, поставляемая с гарантированным химическим составом, номер 2, кипящая.

СТ5Гпс - сталь конструкционная обыкновенного качества , группы , поставляемая с гарантированными механическими свойствами, номер 5, содержание марганца до 1%, полуспокойная.

ВСтЗсп - сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы В, поставляемая с гарантированным химическим составом и механическими свойствами, номер 3, спокойная.

Обозначение углеродистых качественных конструкционных сталей

Качественная конструкционная сталь - сталь с заметно меньшим содержанием серы, фосфора и других вредных примесей. Обозначается согласно ГОСТ 1050-88.

Сталь маркируют двузначными числами, которые обозначают содержание углерода в сотых долях процента, и поставляют с гарантированными показателями химического состава и механических свойств. По степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полуспокойную (пс), спокойную (без указания индекса). Буква Г в марках сталей указывает на повышенное содержание марганца (до 1%).

Примеры обозначения и расшифровки углеродистых качественных конструкционных сталей:

Сталь 05кп -сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,05%, кипящая.

Сталь 25 - сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,25%, спокойная.

Сталь 60Г - сталь конструкционная среднеуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,6%, марганца 1%, спокойная.

Автоматные стали. Обозначение и маркировка автоматных сталей

По ГОСТ 1414-75 эти стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Применяют следующие марки автоматной стали: А12,А20, АЗО, А40Г. Из стали А12 готовят неответственные детали, из стали других марок — более ответственные детали, работающие при значительных напряжениях и повышенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изготовление сортового проката в виде прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений. Эти стали не применяют для изготовления сварных конструкций.

Котельные стали. Стали листовые для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок, камер горения газовых турбин и других деталей. Они должны работать при переменных давлениях и температуре до 450"С. Кроме того, котельная сталь должна хорошо свариваться. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую добавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки углеродистой котельной стали 12К, 15К, 16К, 18K.20K.22Kc содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28%. Эти стали поставляют в виде листов с толщиной до 200 мм и поковок в состоянии после нормализации и отпуска.

Примеры обозначения и расшифровка автоматных сталей :

АС12ХН - сталь автоматная легированная, низкоуглеродистая, содержащая 0,12 % углерода, 1% хрома и никеля.

Инструментальные углеродистые стали

Обозначение и маркировка инструментальных углеродистых сталей

Инструментальный углеродистые стали маркируют в соответствии с ГОСТ 1435-90.

Инструментальные углеродистые стали выпускают следующих марок: У7.У8ГА.У8Г, У9, У 10, У 11, У 12 и У 13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А.

Примеры обозначения и расшифровки

У12 - сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 1,2% углерода, качественная.

У8ГА - сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,8% углерода, 1% марганца, высококачественная

У9А - сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,9% углерода, высококачественная.

Легированные стали

Легированной называют сталь со специально введенным одним или более легирующим элементом.

Обозначение и маркировка легированных сталей

Легированные стали маркируются комбинацией цифр и заглавных букв алфавита. В обозначении нет слова «сталь» или символа «Ст». Например, 40Х, 38ХМ10А, 20Х13. Первые две цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Следующие буквы являются сокращенным обозначением элемента. Цифры, стоящие после букв, обозначают содержание этого элемента в целых процентах. Если за буквой не стоит цифра, значит содержание этого элемента до 1%.

Назначение и классификации, сталей и чугунов

Применяемые в практике стали содержат кроме углерода до 0,4% кремния, 0,5-0,8% марганца и по 0,02 - 0,05% серы и фосфора. Кремний и марганец растворяясь в феррите упрочняют сталь. Сера, образуя соединение FeS, вызывает красноломкость (хрупкость при повышенных температурах). Фосфор, растворяясь в феррите, вызывает хладноломкость.

По назначению углеродистые стали подразделяют на конструкционные ( С < 0,8% ) и инструментальные ( С>0,7%).

Конструкционные стали бывают обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-88) подразделяют на группы А, Б и В. Стали группы А характеризуются механическими свойствами; группы Б - химическим составом и группы В - механическими свойствами и химическим составом.

По степени раскисления эти стали бывают кипяшими (кп), полуспо- койными (пс) или спокойными (сп).

В зависимости от нормируемых показателей механических свойств эти стали подразделяют также на ряд категорий.

Конструкционные стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрой - номером стали, например Ст3, Ст5 и г.д. Группа стали указывается соответствующей буквой в начале марки БСт 1, ВСт6, в марке группы А такая буква не ставится - Ст4. В марке указывается также степень раскисления стали (Ст1кп; БСт2пс) и в конце - категория - Ст2кпЗ; ВСт4кп4 (первая категория не указывается - Ст1сп).

Из конструкционных сталей выделяются так называемые автоматные стали с повышенной обрабатываемостью резанием, применяемые в основном для изготовления из них деталей на станках-автоматах. Эти стали характеризуются повышенным содержанием серы (0,08 - 0,30%) и фосфора (до 0,15%). Сера образует при резании сульфид MnS, оказывающий смазывающее действие на инструмент, а фосфор способствует образованию ломкой стружки и получению чистой блестящей поверхности при резании Автоматные стали маркируют буквой А и числом, указывающим содержание углерода в сотых долях процента: А12, А20, А30.

Инструментальные стали (ГОСТ 2283-79) подразделяют на качественные: У7,У8. У13 и высококачественные: У7А, У8А. У13А. Числа в марке указывают содержание углерода в десятых долях процента, буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь.

Легированные стали - стали в которых содержатся специально введенные (легирующие - Сг, Ni, Mo, V, Ti и др.) элементы, изменяющие их свойства. Мп>1% и Si>0,5% также являются легирующими. Легирующие элементы в марках стали обозначают буквами: Х-хром, Н- никель, М- молибден, В- вольфрам, К- кобальт, Т-титан, А-азот, Г'- марганец, Д- медь, Ф- ванадий, С- кремний, П- фосфор, Ю- алюминий, Р- бор, Б- ниобий, Ц- цирконий.

Число в начале марки конструкционной стали указывает на содержание углерода в сотых долях процента, цифры после букв - среднее содержание обозначенного этими буквами элемента в процентах. Например, марка 18Х2Н4В обозначает сталь со средним содержанием 0,18% С, 2% Сг, 4% Ni и около 1% W или 12ХН2А - 0,12%С, 1% Cr,2%Ni, а буква А в конце марки указывает на то, что сталь высококачественная.

При маркировке инструментальных и некоторых специальных сталей иногда отходят от этого правила. Например, марка Х12М обозначает сталь с содержанием около 1,5%С , 12% Сг, 0,5% Мо.

Некоторые легированные стали выделены в отдельные группы: Ш- шарикоподшипниковые, Р- быстрорежущие, Е- магнитные и др.

Стали, находящиеся в стадии исследования, обозначают буквами ЭИ и условным номером (ЭИ943) и пробные - буквами ЭП и условным номером (ЭП54).

Легированные стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и со специальными физическими свойствами.

К конструкционным легированным сталям относятся стали, применяемые для изготовления цементируемых и улучшаемых термообработкой деталей машин, рессор и пружин, шарико- и роликоподшипников, жаропрочные, износо- и коррозионностойкие стали. Эти стали легируют разнообразными элементами - Mn, Ni, Si, Сг, Mo, Ti, А1 и др.

К инструментальным относятся стали для режущего, штампового, измерительного инструмента. Эти стали доллжны облагать высокой твердостью и износостойкостью, поэтому их легируют в основном карбидообразующими элементами - Сг. W, V, Мо и др.

К сталям и сплавам со специальными физическами свойствами относятся магнитные материалы, с высоким электросопротивлением, с заданным коэффициентом линейного расширения, с особыми упругими свойствами. Большинство из них отличаются высоким содержанием Ni. Сr и др.

Белые чугуны в изломе из-за углерода в виде цементита имеют белый блестящий цвет. Они обладают высокой твердостью и износоустойчивостью, хрупкие и плохо поддаются обработке резанием, из-за этого ограниченно применяются в машиностроении В частности, они используются для изготовления валиков мукомольных мельниц, вагонных колес с отбеленным ободом, лемехов плугов с отбеленным носком и лезвием. Большинство передельных чугунов являются белыми

Серые чугуны в изломе имеют серый цвет. Они самый дешевый литейный материал, хорошо обрабатывается резанием. Наличие пластинчатых включений графита, представляющих по существу пустоты с острыми надрезами, обусловливает низкие механические свойства. Из серых чугунов изготавливаются разнообразные детали: корпуса насосов, станины, кронштейны, корпуса коробок передач и др.

ГОСТом установлены следующие марки серых чугунов: СЧ 00 (без испытания механических свойств), СЧ 12, СЧ 15, СЧ18, СЧ21, СЧ 24. Цифра в марках обозначает предел прочности на разрыв в кгс/см 2 (10 -1 Мпа)

Модифицированные чугуны в изломе имеют серый цвет и маркируются как серые чугуны, применяются для изготовления ответственных деталей: станин станков, блоков и картеров двигателей, цилиндровых втулок, поршней крупных двигателей и др. ГОСТом предусмотрены следующие марки чугунов: СЧ 28, СЧ 32, СЧ 35, СЧ 38.

Легированные чугуны - обычно серые или модифицированные, в которые во время плавки введены небольшие легирующие добавки для придания специальных свойств. Они маркируются так же как и серые, только в чертежах деталей указывается количественный состав легирующих элементов.

Ковкие чугуны - получаются из белых чугунов путем длительного отжига (в начале получают отливки из белого чугуна, затем отжигают в камерных печах). Они обладают высокой прочностью и ударной вязкостью, из них изготовляют детали автомобилей, сельскохозяйственных и других машин, имеющих сложную форм>' и тонкое сечение и работающих в условиях ударной нагрузки (мосты автомобилей, картеры, зубчатые колеса, звездочки и др.).

По ГОСТу ковкие чугуны маркируются ферритные - КЧ 30-6, КЧ 33- 8, КЧ 37-12, перлитные - КЧ 50-5, КЧ 55-4. Первые цифры обозначают предел прочности на разрыв в кгс/см 2 , вторая цифра - относительное удлинение в %.

Высокопрочные чугуны - получаются модифицированием серого чугуна магнием с последующей добавкой ферросилиция, что придает им высокую прочность и вязкость, приближая их по свойствам к сталям. Они обладают высокими литейными и антифрикционными свойствами, хорошо обрабатываются резанием. Из них изготавливаются ответственные детали: коленчатые валы, зубчатые колеса, корпуса задних мостов автомашин и др. Они маркируются (ГОСТ 7293-85): ферритные - ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45; перлитные - ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100. Цифра означает предел прочности на разрыв в кгс/см 2 .

Назначение и классификации, .сталей и чугунов

Стали обыкновенного качества ( ГОСТ 380-88) подразделяют на группы А, Б и В. Стали группы А характеризуются механическими свойствами; группы Б - химическим составом и группы В - механическими свойствами и химическим составом.

Конструкционные стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрой - номером стали, например Ст3, Ст5 и г.д. Группа стали указывается соответствующей буквой в начале марки БСт 1, ВСт6, в марке группы А такая буква не ставится - Ст4. В марке указывается также степень раскисления стали (Ст1кп; БСт2пс ) и в конце - категория - Ст2кпЗ; ВСт4кп4 (первая категория не указывается - Ст1сп ).

Стали, находящиеся в стадии исследования, обозначают буквами ЭИ и условным номером ( ЭИ943) и пробные - буквами ЭП и условным номером (ЭП54).

Стали и чугуны

Сталь является сплавом железа и небольшого количества углерода (до 2%) с примесями серы, кремния, фосфора, марганца.

Содержание углерода оказывает большое влияние на качество стали. С его увеличением повышается предел прочности и предел текучести, снижается пластичность, уменьшается склонность стали к старению, повышается хрупкость и ухудшается свариваемость. Сталь, содержащая углерода меньше 0,25%, называется низкоуглеродистой, от 0,25 до 0,6% —среднеуглеродистой и от 0,6 до 2% (предельное содержание) — высокоуглеродистой.

Различают сталь обыкновенного и повышенного качества, качественную и высококачественную. Большую часть химических аппаратов изготовляют из углеродистой стали обыкновенного и повышенного качества (ГОСТ 380—71).

Сталь обыкновенного качества используется для изготовления деталей и аппаратов, к которым не предъявляется особых требований в отношении прочности и коррозии (с антикоррозионными покрытиями она пригодна и для изготовления аппаратов, работающих в агрессивных средах). В химическом аппаратостроении наиболее часто применяются следующие марки сталей: Ст. 3, Ст. 4 и Ст.5. Цифра за буквами Ст. (сталь) означает условный порядковый номер марки в зависимости от химического состава и механических свойств.

Для изготовления ответственных деталей аппаратов, работающих в неагрессивных средах, применяется углеродистая качественная сталь (ГОСТ 1050—60). В зависимости от содержания углерода эта сталь условно маркируется цифрами: 08, 10, 15, 25, 30 и т. д. Двухзначные цифры указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, сталь марки 10 содержит в среднем 0,10% углерода).

Другим видом железоуглеродистых сплавов являются чугуны. Они отличаются повышенным содержанием углерода (более 2%). Для изготовления химической аппаратуры чугуны применяются в значительно меньшей степени, чем стали. Вследствие хрупкости и меньшей прочности чугуны обычно используются в виде литья для аппаратуры, работающей под избыточным давлением не выше 6 кгс/см 2 , а при диаметре аппарата более 2м — не выше 3 кгс/см 2 .

Большей прочностью и вязкостью обладает ковкий чугун (ГОСТ 1215—59) марок: КЧЗО-6, КЧЗЗ-8 и др. (первые две цифры означают предел прочности при растяжении, цифры после дефиса—относительное удлинение).

Стали и чугуны не обладают высокой коррозионной стойкостью. Они мало устойчивы даже к действию воды при доступе кислорода. В растворах таких солей, как А1С1з, NaCI, K₂S0₄ и т. п., при взаимодействии которых с железом образуются растворимые соединения, коррозия протекает в еще большей. степени. Однако соли, дающие нерастворимые соединения с железом (например, Na₂CO₃, Na₃P0₄ и т. п.) уменьшают коррозию, а соли с окислительными свойствами (например, К₂Сг0₄) даже при незначительном содержании в растворах пассивируют железо. В растворах солей, катионы которых более электроположительны, чем железо (CuS0₄, NiS0₄ и т. п.), коррозия происходит вследствие вытеснения железом металла из солей.

В растворах щелочей на поверхности железоуглеродистых сплавов образуются нерастворимые продукты, защищающие их от коррозии. Образование защитных пленок начинается уже при рН > 9,5; но при концентрациях щелочей более 30%, особенно при повышенных температурах, защитное действие этих пленок резко снижается.

В кислотах, не обладающих окислительными свойствами (например, в НС1), сталь, а тем более чугун, очень сильно разрушаются, В кислотах с окислительными свойствами (H₂SO₄, НNОз) на поверхности железа образуются защитные пленки, препятствующие дальнейшей коррозии. Это относится к сравнительно концентрированным кислотам. Так, НNОз при концентрации более 30% пассивирует железо, а при концентрации выше 50% практически не действует на него.

H₂SO₄ пассивирует железо при концентрации более 75%.

В органических кислотах, не являющихся окислителями, железоуглеродистые сплавы быстро разрушаются. В других органических средах (спирты, углеводороды, хлорпроизводные и т. п.) в отсутствие воды они практически не корродируют.

Разрушение железоуглеродистых сплавов наблюдается и в сухих газовых средах, особенно .при повышенных температурах (выше 300°С). Газовой коррозии способствует наличие окислителей, которыми чаще всего являются кислород воздуха, а также ,перегретый водяной пар при температурах выше 500 °С.

При 200—300 °С и давлении 300 кгс/см 2 водород вызывает водородную коррозию, в результате которой резко ухудшаются механические свойства металла. Причиной разрушения является диффузия водорода в металл, вызывающая в нем глубокие изменения, обусловленные образованием гидридов и их разложением. Кроме того, водород реагирует с карбидом железа

в результате чего происходит разрыхление структуры и постепенное обезуглероживание стали.

При высоких температурах и давлениях окись углерода, а также другие газообразные агенты вызывают коррозию.

Легированные стали. Для улучшения механических показателей и химической стойкости сталей в их состав могут вводиться специальные добавки, к которым относятся такие металлы, как никель, хром, титан, вольфрам, ванадий, марганец и др. Стали с такими добавками называются легированными. В зависимости от количества добавок они делятся на низколегированные (до 5% легирующих добавок), среднелегированные (5—10%) и высоколегированные (выше 10%).

При маркировке стали легирующие элементы условно обозначаются соответствующими буквами; Х — хром, Н — никель, М — молибден, Т — титан, Д — медь, С — кремний, Б — ниобий, Г — марганец, Ю—алюминий, В—вольфрам, Ф—ванадий, Р—бор и т. д. Цифра, стоящая после буквенного обозначения легирующего элемента, указывает примерное содержание (в %) данного элемента в сплаве; при содержании элемента до 1% цифра 1 опускается. В марках низколегированной стали цифры, стоящие слева от букв, указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Так, сталь марки 14Г2 содержит углерода около 0,14% (и марганца ~2%).

Из низколегированных сталей большое применение в аппарато- и котлостроении получила хромомолибденовая сталь марки 12МХ с содержанием молибдена около 0,5% и хрома около 0,5%. Из этой стали изготавливаются теплообменники, работающие при высоких температурах, горячие коллекторы и паропроводы высокого давления.

Высоколегированные стали (ГОСТ 5632—61) в зависимости от основных свойств подразделяются на три группы: к I группе относятся коррозионностойкие (нержавеющие) стали, обладающие стойкостью против электрохимической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой и др.); ко II группе— жаростойкие (окалиностойкие) стали, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии и обладающие при этом стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температуре выше 550 °С; к III группе— жаропрочные стали, выдерживающие высокие температуры в нагруженном состоянии и обладающие при этом достаточной окалиностойкостью.

Основным легирующим элементом всех типов нержавеющей стали является хром, влияние которого на коррозионную стойкость связано с образованием на поверхности стали устойчивой защитной пленки окислов. Минимальное содержание хрома в нержавеющей стали должно составлять примерно 12%.

Дальнейшее повышение коррозионной стойкости стали достигается введением в нее никеля, титана, молибдена и других присадок. Широко применяются стали марок ОХ18Н10 (содержание хрома 18%, никеля 10% и содержание углерода не более 0,08%), Х18Н10Т (содержание хрома 18%, 10% никеля, титана до 0,8% и углерода не более 0,12%).

Повышение жаростойкости стали достигается в основном введением в сталь хрома, алюминия и кремния.

Легированные чугуны получаются подобно легированным сталям. Особый интерес представляют сплавы, известные под названием ферросилидов, или кремнистых чугунов, с содержанием кремния до 15—17% (марки С15, С17, ГОСТ 2233—70). Они стойки к HNO₃ всех концентраций, даже при температуре кипения, к серной кислоте (до 98%), нагретой до 100°С, Однако стойкость их к НСl растворам едких щелочей и восстановительным средам недостаточна. Если ввести в состав ферросилида С15 3,5— 4% молибдена, получается кремнемолибденовый чугун марки С15М4, известный под названием антихлор. Этот материал пригоден для изготовления деталей, работающих в среде горячей НС1. Изделия из ферросилидов (отливки) обладают высокой твердостью, хрупкостью и плохо переносят местный или быстрый нагрев.

Для изготовления аппаратуры, эксплуатируемой в условиях воздействия горячих водных растворов или расплавов NaOH иКОН,используются щелочестойкие чугуны (СЧЩ-1, СЧЩ-2).

Металлургической промышленностью выпускаются высокопрочные чугуны (ВЧ 45-5, ВЧ 50-2 и др., ГОСТ 7293—70), представляющие большой интерес как конструкционные материалы для химического аппаратостроения.

Медь и ее сплавы. Вследствие дефицитности, высокой стоимости и недостаточной химической стойкости во многих средах (минеральные кислоты, аммиак, хлориды и т. д.) медь находит ограниченное применение в качестве материала для химической аппаратуры. Однако она имеет очень ценное свойство - сохраняет пластичность при весьма низких температурах. Поэтому для аппаратуры, работающей в таких условиях, медь—очень удобный материал. Верхняя предельная температура применения меди 400 °С.

Следует отметить высокую теплопроводность меди (в 6—7 раз выше, чем у железа) и легкость ее обработки, как в холодном, так и в горячем состояниях.

В зависимости от количества примесей медь подразделяется на ряд марок: МО, Ml, М2, МЗ, М4 и др. (ГОСТ 859—66). Наименьшее количество примесей содержится в марке МО. Для изготовления, аппаратуры применяют медь Ml, М2 и МЗ.

Для изготовления отдельных деталей аппаратов, насосов, кранов широко используются различные медные сплавы — латуни и бронзы.

Латунями называют сплавы меди с цинком. Широко применяются латуни с содержанием цинка до 50%. Они обладают хорошими механическими и технологическими свойствами. Марки простых латуней: Л96, Л90, Л80, Л70, Л68, Л62 (ГОСТ 15527—70); двухзначные цифры в марке означают среднее содержание меди. Латуни с большим содержанием меди (90—96%) называются томпаками.

Введение в латунь небольших количеств олова, никеля, алюминия, марганца, железа и других, добавок во многих случаях улучшает механические свойства сплава и его коррозионную стойкость—специальные латуни (например, алюминиевая— ЛА77-2, оловянистая—Л070-1, Л090-1, свинцовая — ЛС74-3, ЛС64-2 и др.).

Из бронз (сплав меди с алюминием или оловом) следует особо отметить алюминиевые (Бр. АЖН 10-4-4, Бр. АЖМц 10-3-1,5 и др.; ГОСТ 493—54), значительно превосходящие по коррозионной стойкости оловянистые бронзы и латуни. Они стойки в фосфористой, уксусной, лимонной и других органических кислотах, в условиях атмосферной коррозии, в морской воде и т. д.

Кремнемарганцовистая бронза марки Бр. КМцЗ-1 применяется для изготовления аппаратуры, работающей под давлением, а также для взрывоопасной аппаратуры, так как эта бронза не дает искр при ударах.

Никель и его сплавы. Никель и сплавы на его основе благодаря высокой механической прочности и значительной химической стойкости во многих агрессивных средах, пластичности и способности к обработке различными способами представляют большой интерес для химического аппаратостроения.

Никель выпускается пяти марок: Н-0, Н-1, Н-2, Н-3 и Н-4 (ГОСТ 849—70). Для изготовления химической аппаратуры применяют две марки НП2 и НПЗ (в виде проката).

Никель отличается высокой стойкостью к воздействию горячих растворов и расплавов щелочей, высокой коррозионной стойкостью при повышенных температурах во многих органических средах, в том числе в жирных кислотах, феноле, спиртах и т. д., выдерживает действие слабых холодных растворов соляной кислоты и ее солей.

Вследствие дефицитности и высокой стоимости никель применяется для изготовления 'аппаратуры сравнительно редко. Значительно чаще используются сплавы никеля с медью, молибденом и другими металлами, обладающими более высокой коррозионной стойкостью, чем никель.

Сплавы никеля с медью известны под названием монель-металл, они обладают высокой стойкостью в окислительных средах при температурах до.750°С и сохраняют механическую прочность до 500 °С. Монель-металл стоек в чистой НзР04 высокой концентрации при нагревании и в растворах HF всех концентраций (включая и безводный HF) при всех температурах вплоть до кипения при ограниченном доступе воздуха.

К другим высокостойким в агрессивных средах сплавам никеля относятся никельмолибденовые (Н70М26Л, Н65МЗОЛ, Н60М35Л), пригодные для отливки арматуры и отличающиеся высокой коррозионной стойкостью в слабых (до 5%) растворах соляной кислоты и 65—78%-ных растворах серной кислоты.

Алюминий. Высокой степени чистоты (не ниже 99,6%) алюминий стоек к действию кислот — азотной, ортофосфорной, уксусной — и очень многих органических сред. Сернистые соединения и газы, содержащие сероводород, сернистый ангидрид, пары серы, сухой хлористый водород, также не действуют на алюминий. Поэтому он находит применение в химическом аппаратостроении. Из алюминия изготовляют сборники, баки и цистерны для хранения и перевозки азотной кислоты, трубы, реакторы, теплообменники и другие аппараты, работающие без давления и при температуре стенок не выше 150 °С.

Марки алюминия А995, А99, АО и др. (ГОСТ 11069—64).

Находят применение сплавы алюминия с кремнием (силумины СИЛ-1 и СИЛ-2—сплавы алюминия с 10—13% кремния, отличающиеся высокой стойкостью к азотной кислоте), марганцем (АМд), магнием (АМг1,АМг2 и др.), медью и магнием (Д1, ДЛ6 и др.), бериллием.

Свинец. Обладает высокой химической стойкостью, особенно как в чистой H₂S0₄, так и в ее растворах. Однако свинец весьма мало прочен. Поэтому его чаще всего применяют не непосредственно, а в качестве защитного покрытия стальных и чугунных аппаратов и деталей. Как самостоятельный материал он употребляется для изготовления труб.

Верхний температурный предел применения свинца 150— 200°С, при более высоких температурах он постепенно теряет прочность и коррозионную стойкость, что затрудняет его применение.

Для защиты от коррозии используют свинец маркиС2(ГОСТ 3778—65).

Серебро. Этот металл очень редко применяется для изготовления химической аппаратуры из-за высокой стоимости. Однако в отдельных производствах, где перерабатываются особенно сложные агрессивные смеси (например, производство хлоруксусной кислоты), он является единственным подходящим материалом.

Титан. Это самый перспективный материал для изготовления химического оборудования. Отличается исключительно высокой прочностью, жаростойкостью и жаропрочностью, малой плотностью, высокой сопротивляемостью эрозии и усталостным напряжениям, хорошими технологическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью, превосходящей в ряде случаев стойкость высоколегированных кислотостойких сталей.

Исключительные антикоррозионные свойства титана обусловлены образованием на его поверхности защитной окисной пленки. Поэтому титан стоек в тех средах, которые способствуют созданию такой пленки или, по крайней мере, не разрушают ее. Он стоек в разбавленной H₂S0₄, разбавленной и концентрированной НNОз (за исключением дымящей), Н₂0₂, H₂S, сухом и влажном хлоре, царской водке, уксусной и молочной кислотах, а также во многих других средах, агрессивных для большинства металлов. Для титана характерна исключительно высокая стойкость в морской воде; в НС1иНзР0₄ она зависит от концентрации кислот и их температуры. Титан стоек в очень разбавленных растворах этих кислот при относительно невысоких температурах, но с повышением концентрации кислот и их температуры скорость коррозии увеличивается.

Большим преимуществом титана перед другими коррозионно-стойкими металлами и сплавами является то, что его коррозионное разрушение протекает равномерно—межкристаллитнаяиточечная виды коррозии наблюдаются в очень редких случаях.

Однако титан взаимодействует при повышенных температурах с кислородом, азотом и водородом, а также с СО, CO₂, NНз, водяным паром и многими летучими органическими соединениями. Марки технического титана: ВТ-1, ВТ1-2.

Представляют большой интерес также сплавы титана с различными металлами: алюминием, молибденом, хромом, ванадием и др. (например, марки ВТ4, ВТ5, ВТ14, ВТ15, ОТ4 и др.). Добавки этих металлов приводят к улучшению механических свойств и повышению коррозионной стойкости титана. Предельная температура эксплуатации титановых сплавов 350—500°С.

Несмотря на сравнительно высокую стоимость, титан и его сплавы быстро внедряются в химическую промышленность, главным образом для изготовления ответственных деталей химической аппаратуры.

Другие металлы. Помимо титана, важное значение, в химическом машиностроении приобретают цирконий, тантал, молибден, ниобий (и сплавы на их основе).

Отличительной характеристикой циркония является его стойкость в НС1, НNОз и H₂S0₄ (до концентрации кислоты 80%).

По стойкости в щелочах цирконий превосходит титан и тантал; он стоек в горячих концентрированных растворах NaOH и обладает исключительно высокой коррозионной стойкостью в морской воде при комнатной температуре.

Тантал стоек в горячей НС1 и в царской водке. Однако он нестоек к действию олеума, горячей НзР0₄, соединений фтора и концентрированных растворов щелочей. Следует также отметить склонность этого металла к водородной коррозии.

Классификация чугуна - виды

«Железное литьё» известно человечеству с незапамятных времен. В наше время оно широко используется во многих сферах народного хозяйства и носит название – чугун. И если о коленвалах, картерах редукторов, ступицах колес, арматуре обычный человек может и не знать, то о сковородках, чугунках, радиаторах, ваннах, решетках и других чугунных изделиях знают все.

Металлургическая промышленность производит разные простые и специальные виды чугуна, для каждого из которых существует своя сфера применения.

Особенности чугунов

Чугун – железоуглеродистый сплав, выплавляемый с использованием топлива из магнитного, красного или бурого железняка, с добавлением специальных неорганических веществ – плавней (флюсов).

Очень многие не видят принципиальных отличий между сталью и чугуном, ошибочно предполагая, будто это одно и тоже.

Оба продукта металлургии являются сплавами – состоят из нескольких компонентов, одним из которых является железо.

Чугун выступает сырьём для производства стали.

Технологические свойства:

у стали – деформационные (штамповка, вальцевание, ковка);
у чугуна – литейные.

Присутствие углерода:

Внешние отличия:

чугун темный и матовый;
сталь серебристая и блестящая.

Различные физические характеристики

выше литейные качества;
легко обрабатывается резанием;
имеет меньший вес;
ниже температура плавления.

К минусам чугуна можно отнести:

малая пластичность;
хрупкость;
слабо поддаётся ковке и сварке.

У чугуна низкая себестоимость, он дешевле стали.

Добавки и примеси

Весь поставляемый чугун регламентирован ГОСТами по своему химическому составу и содержанию примесей. Чугунное литьё, помимо железа, имеет в себе некоторые «ингредиенты», влияющие на конечный продукт и добавляющие определенные особенности:

углероды – увеличивают твердость сплава;
кремний – улучшает литейные качества;
марганец – придает крепость;
сера - «загущает», ограничивает жидкотекучесть чугуна.
фосфор вызывает образование трещин в холодном состоянии и снижает механические параметры.

С целью улучшения исходного материала чугун легируют, то есть вводят различные легирующие добавки, изменяющие физические и/или химические свойства.

цирконий;
алюминий;
молибден;
титан;
ванадий;
медь;
хром.

Чугуны с большим содержанием кремния и марганца в составе относят к легированным.

Классификация чугунов

Металлургическая промышленность выпускает разные виды чугуна. Сорт зависит от участвующих в сплаве форм графита или цементита и остальных компонентов.

Серый чугун (СЧ)

Обозначают буквами СЧ. На разрезе – серовато-черный, что обусловлено присутствием графита, этого природного цвета. В составе также присутствуют различные примеси, в том числе и кремний. Этот вид чугуна, свободно поддающийся резке и часто употребляющийся в машиностроительной отрасли для «неосновных» деталей, при добавлении фосфора становится жидкотекучим. Применим для всех видов литья, в том числе художественного.

На разрезе светлый, благодаря присутствию карбида железа. Подвергается дальнейшей переработке на ковкий чугун и сталь. Поэтому сорт называют передельным. Свойства – хрупкость и твердость, слабо обрабатываемый, не годится для самостоятельного использования. Твердый, слабо подвержен обработке, хрупкий – такие свойства делают его непригодным для самостоятельного использования.

Обозначение - КЧ. При длительном отжиге белый чугун преобразуется в ковкий.

Свойства – не поддаётся обработке давлением, но при этом обладает повышенной сопротивляемостью ударам и прочностью при растяжении. Ковкий чугун подходит для изготовления деталей усложненной конфигурации.

Высокопрочный

Маркируют буквами ВЧ. Получают при введении в серый жидкий чугун спецдобавок, для придания графиту сфероидальной формы. Высокопрочный вид чугуна применяют для изготовления ответственных деталей – шестерён, коленвалов, поршней, которые должны иметь высокую износоустойчивость.

Форма выпуска передельного и литейного видов – специальные формы – чушки. Современные технологии позволяют получить полуфабрикаты, квадратные, листовые, пластинчатые, брусковые заготовки разновидностей чугуна.

В зависимости от назначения и химсостава выделяют следующие разновидности чугуна:

Они имеют названия, соответствующие металлам-добавкам:

циркониевые;
хромистые;
ванадиевые;
медные;
титановые.

Легированные виды более всего востребованы в производстве агрегатов, механизмов, узлов и деталей, работающих в особо неблагоприятных средах и условиях.

Чугун, отличающийся увеличенным процентным включением ферромарганца или ферросилиция, относят к специальным – ферросплавам. Добавляются в сталеплавильном производстве для выделения кислорода – раскисления.

К легированным чугунам относят:

Антифрикционные;
Жаростойкие;
Жаропрочные;
Коррозионностойкие.

Антифрикционные виды маркируются первыми буквами АЧ. Например, АЧС - это антифрикционный серый чугун. Ещё можно увидеть маркировку АЧВ - антифрикционный высокопрочный чугун и АЧК - антифрикционный ковкий.

Жаростойкий вид маркируют буквами ЖЧ. Далее указывается буква обозначающая легирующий элемент. Например, ЖЧХ-2,5. Это жаростойкий чугун с добавлением хрома 2,5%.

К жаростойким относят марки: ЧН19ХЗШ.

К коррозионностойким: маркировка ЧНХТ, ЧН1МХД

Еще их называют специальными чугунами.

Производство

Технология промышленного извлечения железа из железосодержащего сырья и получение чугуна достаточно трудоёмкая и сложная. Нет смысла описывать все химические и технологические процессы и углубляться в терминологию. Изучить вопрос можно при желании в источниках по металлургии.

Чугун выплавляют из магнитного, красного, бурого железняка, на металлургических комбинатах, в специальных доменных печах. Топливом служит кокс, который частично могут заменять мазутом или газом.

Руда проходит предварительную подготовку, прежде чем попасть в доменную печь. Помимо руды и топлива, для плавки используют флюсы – известняки, необходимые для образования шлака и удаления серы из расплава.

Методы подготовки зависят от качества руды – это дробление, сортировка, окусковывание, обогащение и другие.

Пройдя все сложные процессы, руда превращается в шихту, которая непрерывно загружается в доменную печь.

Через фурмы в нижней части подается раскаленный воздух, обогащенный кислородом и природный газ, который сгорает под воздействием высоких температур, образуя диоксид кислорода. Поднимаясь выше, газ соединяется с кислородом и с еще не сгоревшим углеродом, преобразуясь в угарный газ СО. Он вступает в реакцию с оксидами железа, «отбирая» у них кислород.

В результате образуется почти чистый металл. Расплавленная чугунная масса стекает в горн. Несгораемые остатки также стекают вниз.

Готовый чугун сливают через определенные промежутки времени в специальные ковши.

Пока в печи идет процесс плавки, отверстие, через которое выпускают чугун, забивают специальной пробкой из тугоплавкой массы. Чтобы выпустить металл, в пробке пробивают отверстие. По специальным каналам в полу цеха поток расплавленного металла течет «красным сливом».

Жидкий шлак также выпускают из печи по другому каналу.

С каждой плавки берется проба. Металл заливают в специальную форму и делают анализ. Все процессы автоматизированы. За ними следят операторы.

А простому обывателю домна представляется гигантской пробиркой, в которой происходит «таинство» превращения железной руды в чугун.

Преимущества «железного литья»

Чугуны, как и любые материалы, имеют определенные плюсы и минусы, при эксплуатации различной продукции из них – запчастей к автомобилям, деталей станков, сантехнического оборудования и других изделий.

экологичность;
способность сохранять температуру;
высокая теплоотдача;
устойчивость к перепадам температур;
устойчивость к кислотам и щелочам;
коррозионная устойчивость;
некоторые виды – повышенной прочности, что позволяет сравнивать со сталью;
износостойкость;
долговечность.

хрупкость, при сборке следует соблюдать осторожность;
большой вес изделий;
ржавеет при длительном контакте с водой.

Основу черной металлургии в нашей стране составляет производство чугуна, стали и проката. Крупнейшим потребителем «железного литья» являются такие стратегически важные отрасли как металлообработка, машиностроение, строительство, транспорт, легкая промышленность, химическая и другие.

Железное литьё не сдает свои позиции и в производстве товаров народного потребления – чугунные котлы, сковородки, утятницы, ограды. Искусные мастера из этого металла создают самые настоящие произведения искусства – каминные решетки, ограды, скамейки, перила, украшая их ажурными чугунными кружевами.

Читайте также: